Minuscole nanomacchine costituite da una sfera porosa fatta di silice: le loro superfici portano vari componenti con funzioni specifiche. Tra questi c’è l’enzima ureasi, una proteina che reagisce con l’urea presente nelle urine, consentendo alla nanoparticella di spingersi da sola. Un altro componente cruciale è lo iodio radioattivo, un radioisotopo comunemente usato per il trattamento localizzato dei tumori.

 

 

 

Il cancro alla vescica ha uno dei più alti tassi di incidenza al mondo e si classifica come il quarto tumore più comune negli uomini.

Nonostante il tasso di mortalità relativamente basso, quasi la metà dei tumori della vescica riemerge entro 5 anni, richiedendo un monitoraggio continuo del paziente.

Le frequenti visite ospedaliere e la necessità di ripetere i trattamenti contribuiscono a rendere questo tipo di cancro uno dei più costosi da curare.

Mentre gli attuali trattamenti che prevedono la somministrazione diretta di farmaci nella vescica mostrano buoni tassi di sopravvivenza, la loro efficacia terapeutica rimane bassa.

Un’alternativa promettente prevede l’uso di nanoparticelle in grado di veicolare agenti terapeutici direttamente sul tumore.

In particolare, i nanorobot, nanoparticelle dotate della capacità di autopropulsione all’interno del corpo, sono degni di nota.

Ora, uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Nanotechnology rivela come un team di ricerca sia riuscito a ridurre le dimensioni dei tumori della vescica nei topi del 90% attraverso una singola dose di nanorobot alimentati a urea.

Queste minuscole nanomacchine sono costituite da una sfera porosa fatta di silice. Le loro superfici portano vari componenti con funzioni specifiche.

Tra questi c’è l’enzima ureasi, una proteina che reagisce con l’urea presente nelle urine, consentendo alla nanoparticella di spingersi da sola.

Un altro componente cruciale è lo iodio radioattivo, un radioisotopo comunemente usato per il trattamento localizzato dei tumori.

La ricerca, condotta dall’Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC) e dal CIC biomaGUNE in collaborazione con l’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB Barcellona) e l’Università Autonoma di Barcellona (UAB), apre la strada a trattamenti innovativi per il cancro alla vescica. Questi progressi mirano a ridurre la durata del ricovero, il che implica costi inferiori e un maggiore comfort per i pazienti.

“Con una singola dose, abbiamo osservato una diminuzione del 90% del volume del tumore. Questo è significativamente più efficiente dato che i pazienti con questo tipo di tumore hanno in genere da 6 a 14 appuntamenti ospedalieri con i trattamenti attuali. Un tale approccio terapeutico migliorerebbe l’efficienza, riducendo la durata del ricovero e i costi del trattamento”, spiega Samuel Sánchez, professore di ricerca ICREA presso l’IBEC e leader dello studio.

Il prossimo passo, che è già in corso, è determinare se questi tumori si ripresentano dopo il trattamento.

Un fantastico viaggio nella vescica

In ricerche precedenti, gli scienziati hanno confermato che la capacità di autopropulsione dei nanorobot ha permesso loro di raggiungere tutte le pareti della vescica.

Questa caratteristica è vantaggiosa rispetto all’attuale procedura in cui, dopo aver somministrato il trattamento direttamente in vescica, il paziente deve cambiare posizione ogni mezz’ora per far sì che il farmaco raggiunga tutte le pareti.

Questo nuovo studio va oltre dimostrando non solo la mobilità delle nanoparticelle nella vescica, ma anche il loro accumulo specifico nel tumore.

Questo risultato è stato reso possibile da varie tecniche, tra cui l’imaging medico con tomografia a emissione di positroni (PET) dei topi, nonché immagini al microscopio dei tessuti rimossi dopo il completamento dello studio.

Questi ultimi sono stati catturati utilizzando un sistema di microscopia a fluorescenza sviluppato appositamente per questo progetto presso l’IRB di Barcellona.

Il sistema scansiona i diversi strati della vescica e fornisce una ricostruzione 3D, consentendo così l’osservazione dell’intero organo.

“L’innovativo sistema ottico che abbiamo sviluppato ci ha permesso di eliminare la luce riflessa dal tumore stesso, permettendoci di identificare e localizzare le nanoparticelle in tutto l’organo senza una preventiva marcatura, con una risoluzione senza precedenti. Abbiamo osservato che i nanorobot non solo raggiungevano il tumore, ma vi entravano anche, potenziando così l’azione del radiofarmaco”, spiega Julien Colombelli, responsabile della piattaforma di microscopia digitale avanzata presso l’IRB di Barcellona.

Decifrare il motivo per cui i nanorobot possono entrare nel tumore ha rappresentato una sfida.

I nanorobot non hanno anticorpi specifici per riconoscere il tumore e il tessuto tumorale è in genere più rigido del tessuto sano.

“Tuttavia, abbiamo osservato che questi nanorobot possono scomporre la matrice extracellulare del tumore aumentando localmente il pH attraverso una reazione chimica autopropulsiva. Questo fenomeno ha favorito una maggiore penetrazione del tumore ed è stato utile per ottenere un accumulo preferenziale nel tumore”, spiega Meritxell Serra-Casablancas, co-primo autore dello studio e ricercatore dell’IBEC.

Pertanto, gli scienziati hanno concluso che i nanorobot si scontrano con l’urotelio come se fosse una parete, ma nel tumore, che è più spugnoso, penetrano nel tumore e si accumulano all’interno.

Un fattore chiave è la mobilità dei nanobot, che aumenta la probabilità di raggiungere il tumore.

Inoltre, secondo Jordi Llop, ricercatore presso il CIC biomaGUNE e co-leader dello studio, “La somministrazione localizzata dei nanorobot che trasportano il radioisotopo riduce la probabilità di generare effetti avversi e l’elevato accumulo nel tessuto tumorale favorisce l’effetto radioterapico”.

“I risultati di questo studio aprono la porta all’uso di altri radioisotopi con una maggiore capacità di indurre effetti terapeutici, ma il cui uso è limitato se somministrato per via sistemica”, aggiunge Cristina Simó, co-prima autrice dello studio.

Anni di lavoro e uno spin-off

Lo studio consolida i risultati di oltre tre anni di sforzi collaborativi tra varie istituzioni. Parte dei dati provengono dalle tesi di dottorato di Meritxell Serra e Ana Hortelao, entrambe ricercatrici del gruppo Smart nano-bio-devices dell’IBEC, guidato da Sánchez.

Include anche la tesi di Cristina Simó, co-prima autrice dello studio, che ha condotto la sua ricerca pre-dottorato nel Laboratorio di Radiochimica e Imaging Nucleare guidato da Jordi Llop presso il CIC biomaGUNE.

L’esperienza del gruppo di Esther Julián presso l’UAB nel modello animale della malattia è un ulteriore contributo. Inoltre, il progetto ha ricevuto finanziamenti dal Consiglio Europeo della Ricerca (CER) e dalla Fondazione “la Caixa”.

La tecnologia alla base di questi nanorobot, che Samuel Sánchez e il suo team hanno sviluppato per oltre sette anni, è stata recentemente brevettata e funge da base per Nanobots Therapeutics, uno spin-off di IBEC e ICREA istituito nel gennaio 2023.

L’azienda, fondata da Sánchez, funge da ponte tra la ricerca e l’applicazione clinica: “Garantire un solido finanziamento per lo spin-off è fondamentale per continuare a far progredire questa tecnologia e, se tutto va bene, portarla sul mercato e sulla società. A giugno, a soli 5 mesi dalla creazione di Nanobots Tx, abbiamo chiuso con successo il primo round di finanziamento e siamo entusiasti del futuro», sottolinea Sanchez.

Innovazione tecnologica in microscopia per localizzare nanorobot

Il lavoro con i nanorobot ha rappresentato una sfida scientifica significativa nelle tecniche di bioimaging per la visualizzazione di questi elementi nei tessuti e nel tumore stesso.

Le comuni tecniche cliniche non invasive, come la PET, non hanno la risoluzione necessaria per localizzare queste particelle molto piccole a livello microscopico.

Pertanto, la piattaforma di microscopia scientifica dell’IRB di Barcellona ha utilizzato una tecnica di microscopia che utilizza un foglio di luce laser per illuminare i campioni, consentendo l’acquisizione di immagini 3D attraverso la diffusione della luce in seguito all’interazione con tessuti e particelle.

Dopo aver osservato che il tumore stesso disperdeva parte della luce, generando interferenze, gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica basata sulla luce polarizzata che annulla tutta la dispersione dal tessuto e dalle cellule tumorali.

Questa innovazione consente la visualizzazione e la localizzazione dei nanorobot senza la necessità di una preventiva marcatura con tecniche molecolari.

Immagine:  Advances Digital Microscopy, IRB Barcellona.